通过薄膜技术快速发现新材料

发表在《美国国家科学院院刊》上的研究描述了一种新型薄膜液体，可形成高密度玻璃。这项由宾夕法尼亚大学化学系研究人员进行的研究产生的结果展示了如何将这些玻璃和其他类似材料制造得更致密和更稳定，为通过更好的设计开发新应用和设备提供了框架。

玻璃通常是通过液体在冷却到其运动停止的温度时凝固或失去平衡而产生的。玻璃的结构与液相非常相似，但其性质类似于固体，类似于晶体。

制成超薄纳米级薄膜的玻璃广泛用于 OLED 显示器和光纤等应用。但是当这些类型的玻璃制成薄膜时，即使在低温下，它们的行为也更像液体，所得材料容易形成液滴或结晶，这限制了可能的最小特征的尺寸。

为了制造更好的玻璃，研究人员使用气相沉积代替冷却液体来生产玻璃。在气相沉积中，材料直接从气体变为固体。虽然这种方法使研究人员能够制造出密度更大的块状玻璃，但最初认为使用这种方法制成的薄玻璃膜仍具有相同的类似液体的特性，会导致降解和不稳定。

但是最近获得博士学位的 Yi Jin 在 Zahra Fakhraai 实验室工作的研究生进行了实验，发现事实并非如此。Yi 不断发现不同的属性，没有任何数据有意义，因此我们进行了更深入的挖掘，直到我们有足够的数据来拼凑一张图片，Fakraai 说。

Jin 花了数年时间进行详细的实验，从改变玻璃基板、属性和沉积速率到确保彻底清洁所有设备以排除污染或实验错误。

在运行了所有所需的控制实验后，研究人员惊讶地发现，在使用气相沉积时，他们可以使用不同类型的液体，在加热时相变到典型的本体液体。相变是指材料从一种状态（气体、液体或固体）变为另一种状态。这两种液体具有不同的结构，类似于石墨烯和金刚石，它们都是由碳制成的固体，但以非常不同的固体形式存在。

Fakraai 说，有很多有趣的特性突然冒出来，没有人想到在薄膜中你会看到这些相。这是一种新型材料。

使用气相沉积，研究人员可以制造出非常致密的薄膜玻璃，对应于这种新液相的堆积，其密度比在不施加巨大压力的情况下预测的要高得多。这些玻璃薄膜的密度值甚至比晶体还要高。

为了证实他们所看到的，研究人员还获得了详细的结构信息，显示了如何使用布鲁克海文国家实验室的设备包装单个分子。这项分析帮助研究人员确认他们所看到的不仅仅是晶体，而是玻璃中全新的相。

另一个基于他们迄今为止收集到的数据的假设是，进入这个独特阶段的能力是由于玻璃的几何形状，这意味着这项工作也可能对其他类型的材料产生影响。我们正在开发试图缩小规模的材料，Jin 谈到他目前在材料科学行业的工作时说，从我们在玻璃中看到的情况来看，其他材料也可能出现有趣的现象，例如半导体中常用的金属材料。

Fakraai 实验室的研究人员已经在进行后续实验，以进一步了解导致这种独特相变的关键参数。这包括在沉积过程中研究薄膜和“放大”相变区域以了解有关这种新发现现象的更多信息。Fakraai 说，这项工作对于更好地了解整个眼镜也至关重要，其中理论之间仍然存在脱节，这些理论可以为在应用和新技术中开发新材料提供预测平台。

要包装 Moderna 或 Pfizer 疫苗，你需要一种可以在非常低的温度下不会破碎的玻璃，而这项技术的存在是对我们设计散装玻璃机械的能力的大喊大叫，她说，我们希望这种基本的理解能激发更多的应用，并更好地设计具有类似改进性能的薄膜玻璃。如果在薄膜中了解结构-性能关系，我们可以通过设计做得更好。

审核编辑 ：李倩